Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han sido capaces de diseñar una célula solar que a partir de la luz solar y el dióxido de carbono atmosférico es capaz de generar hidrocarburos para ser utilizados como combustible. Por lo tanto, estas células hacen algo similar a la fotosíntesis de las plantas, en donde a partir del dióxido de carbono, con ayuda de la luz solar, se genera materia orgánica, como azúcares, grasas o aminoácidos, pero en este caso en concreto, hidrocarburos.
Por lo tanto, ahora se puede invertir el proceso, es decir, en vez de quemar hidrocarburos, obteniéndose dióxido de carbono, se puede utilizar el dióxido de carbono para producir hidrocarburos; con lo que un proceso que hasta ahora era lineal y altamente contaminante, se puede volver cíclico y menos contaminante.
El proceso genera una mezcla de gas de síntesis junto con monóxido de carbono, de tal forma que el gas de síntesis se puede quemar para obtener energía o utilizarse para generar hidrocarburos. Durante muchos años, el equipo de investigadores se ha dedicado a buscar catalizadores capaces de acelerar la reacción de reducción del dióxido de carbono en hidrocarburos (lo contrario es una oxidación: de hidrocarburos a dióxido de carbono), ya que no es una reacción espontánea que se dé por sí sola en la naturaleza (su energía libre de Gibbs es positiva). La plata pudo valer como catalizador, pero fue desechado debido a su alto coste. Finalmente, los investigadores se centraron en los dicalcogenuros de metales de transición (TMDCs, según sus siglas en inglés), combinado con un líquido iónico como electrolito en una celda electrolítica de tres electrodos, encontrando como catalizador el diselenuro de wolframio (WSe2), mil veces más efectivo y veinte veces más barato que los utilizados hasta ahora. La única desventaja era que el catalizador no podía reutilizarse, ya que quedaba con muy pocos sitios activos (sitios donde se rompen los enlaces del CO2 y se generan los de los hidrocarburos), a lo que los científicos dieron como solución sumergirlo en un fluido iónico al 50% con agua (etil-metilimidazolio tetrafluoroborato, C8H15BF4N2).
A la celda electrolítica y el catalizador se les unen dos células fotovoltaicas de silicio para captar la luz solar. El cátodo está formado por el catalizador de WSe2 y el líquido iónico, mientras que el ánodo está formado por óxido de cobalto (CoO) y fosfato de potasio (K3PO4). Así, cuando el aparato recibe luz solar, el hidrógeno y el dióxido de carbono aparecen en el cátodo, produciéndose iones superóxido (O2-) y protones (H+) en el ánodo. Los protones se desplazan hasta el cátodo para reducir al dióxido de carbono.
Con esta tecnología se podrían conseguir parques solares en los que se eliminase gran parte del CO2 atmosférico y se generase combustibles para usos posteriores. Esto es el futuro.
Researchers from Illinois University in Chicago have managed to design a solar cell that from sunlight and atmospheric carbon dioxide is able to produce hydrocarbons to be used as fuels. Therefore, these cells work similarly as the photosynthesis in plants, algae and some bacteria: with the help of sunlight, they transform the carbon dioxide in sugars, aminoacids and fats, but in this case, hydrocarbons.
Then, we can reverse the process, instead of burning hydrocarbons and obtaining carbon dioxide, we can use carbon dioxide to produce hydrocarbons. We have been able to transform a linear and highly polluting process in a cyclic and less polluting process.
The process produces a mixture of synthesis gases and carbon monoxide, in such a way that the synthesis gases can be burnt to obtain energy or can be transformed into hydrocarbons for other uses. For many years, the team of scientists has been looking for an efficient catalyst, as the reaction that converts CO2 into hydrocarbons (a reduction reaction, opposite to an oxidation) is not spontaneous and does not occur in nature (positive Gibbs free energy). Silver could have been used as catalyst, but was discarded due to its high cost, so the team focused in transition metals dichalcogenides (TMDCs), combined with an ionic liquid as electrolyte in an electrolytic cell of three electrodes, finding as an effective catalyst the tungsten diselenide (WSe2), a thousand times more effective and 20 times cheaper than the current catalysts in the market. The only drawback was that the catalyst was degraded too much after the reaction, so it needs to be submerged in an ionic fluid at 50% with water (ethil-methylimidazolium tetrafluoroborate, C8H15BF4N2).
The device also contains photovoltaic cells in silicon to capture sunlight. The cathode of the electrolitic cell is made by the catalyst, WSe2 and the ionic liquid, and the anode is made of cobalt oxyde (CoO) and potassium phosphate (K3PO4). So, when the device receives sunlight, the hydrogen and carbon dioxide appear in the cathode, while superoxide ions (O2-) and protons (H+) appear in the anode. Protons go to the cathod in order to reduce carbon dioxide.
With this technology, big solar farms could be built, which will be able of reducing CO2 levels in the atmosphere, generating fuel for other uses. This is the future.
Para más información / For more information: http://www.rtve.es/noticias/20160729/cientificos-disenan-celulas-solares-capturan-co2-luz-para-producir-combustible/1378302.shtml
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